(57)【要約】  電気機械（１）は、１次部（２）と２次部（３）とその間のエアギャップ（６）とを含み、このエアギャップ内には、２つの相（４ａ，４ｂ）を含みかつ１次部の鉄心（７）上に配置されたエアギャップ巻線（４）が配置されている。磁極（９）は、２次部の鉄心（１０）上に交互に配置されている。磁気回路（１１）は、２つの磁極（９ａ，９ｂ）と、２次部の鉄心と、エアギャップ（６）を２回と、１次部の鉄心と、を経て延在する。各磁極と各相（４ａ，４ｂ）とに対応して、巻線ストランド（１２ａ，１２ｂ）は、エアギャップ内の磁束密度（１１ａ，１１ｂ）に対して垂直に位置する。交互に配置されたオーバハング（１２ｃ，１２ｄ）が、エアギャップ巻線の相の、隣接する巻線ストランドを接続して導体を形成している。１次部は、鉄心（７）のスロット（８）内に、２つの相（５ａ，５ｂ）を含むスロット巻線（５）を有する。各磁極と各相（５ａ，５ｂ）とに対応して、巻線ストランドは、同じ磁極に割り当てられたエアギャップ巻線の巻線ストランドに対して平行に位置する。交互に配置されたオーバハング（１４ｃ，１４ｄ）は、スロット巻線の相（５ａ，５ｂ）の、隣接する巻線ストランド（１４ａ，１４ｂ）を接続して導体を形成している。エアギャップ巻線の第１の相（４ａ）の巻線ストランド（１２ａ，１２ｂ）は、スロット巻線の第１の相（５ａ）の巻線ストランド（１４ａ，１４ｂ）に対して、相数によって定められる位置オフセット（ａ）を有する。エアギャップ巻線およびスロット巻線は、磁極（９）の位置に交番的に同期される駆動制御により、駆動制御可能である。
2019502354.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機械（１）であって、
第１の鉄心（７）を含む１次部（２）と、
第２の鉄心（１０）を含む２次部（３）と、
前記１次部（２）と前記２次部（３）との間のエアギャップ（６）と、
少なくとも２つの相（４ａ，４ｂ）を含みかつ前記１次部（２）の前記第１の鉄心（７）上に直接に配置されている、前記エアギャップ（６）内のエアギャップ巻線（４）と、
前記２次部（３）の前記第２の鉄心（１０）上に交互に配置された複数の磁極（９）と、
それぞれ、磁極対（９ａ，９ｂ）と、前記２次部（３）の前記第２の鉄心（１０）と、前記磁極対（９ａ，９ｂ）の２つの磁石間のエアギャップ（６）を２回と、前記１次部（２）の前記第１の鉄心（７）と、を経て形成される、それぞれ１つの局所的な磁気回路（１１）と、
を含み、
前記エアギャップ巻線（４）は、各磁極（９）と各相（４ａ，４ｂ）とに対応して、前記エアギャップ（６）内のそれぞれ１つの巻線ストランド（１２ａ，１２ｂ）が、特に前記エアギャップ（６）内の磁束密度（１１ａ，１１ｂ）に対して垂直にかつ前記２次部（３）の運動方向（１３）に対して垂直に位置するよう、前記磁極（９）に向かって配置されており、
前記エアギャップ（６）内の前記エアギャップ巻線（４）の相（４ａ，４ｂ）の、相互に平行に延在して直接に隣接する巻線ストランド（１２ａ，１２ｂ）は、両側に交互に配置されたオーバハング（１２ｃ，１２ｄ）により接続されてそれぞれ１つの導体を形成しており、
前記１次部（２）には付加的に、スロット巻線（５）が設けられており、
前記スロット巻線（５）は、少なくとも２つの相（５ａ，５ｂ）を含みかつ前記１次部（２）の前記第１の鉄心（７）のスロット（８）内に配置されており、
前記スロット巻線（５）は、各磁極（９ａ，９ｂ）に対する前記スロット巻線（５）と各相（５ａ，５ｂ）とに対応して、それぞれ１つの巻線ストランド（１４ａ，１４ｂ）が、前記スロット（８）内の、同じ磁極（９ａ，９ｂ）に割り当てられたエアギャップ巻線（４）の巻線ストランド（１２ａ，１２ｂ）に対して平行に位置するように、前記磁極（９）に向かって配置されており、
１つのスロット（８）のスロット巻線（５）の相（５ａ，５ｂ）の、相互に平行に延在して直接に隣接する巻線ストランド（１４ａ，１４ｂ）は、両側に交互に配置されたオーバハング（１４ｃ，１４ｄ）により接続されてそれぞれ１つの導体を形成しており、
前記エアギャップ巻線（４）の第１の相（４ａ）の巻線ストランド（１２ａ，１２ｂ）および前記スロット巻線（５）の第１の相（５ａ）の巻線ストランド（１４ａ，１４ｂ）は、相数によって定められる位置オフセット（ａ）を相互に有しており、
前記エアギャップ巻線（４）および前記スロット巻線（５）は、前記磁極（９）の位置に交番的に同期された駆動制御により、駆動制御可能である、
電気機械（１）。
【請求項２】
前記１次部（２）の前記スロット巻線（５）のスロット（８）の数と前記２次部（３）の磁極（９）の数とは、１より大きいかまたは１より小さいかまたは１に等しい任意の比で構成されており、
前記エアギャップ（６）の巻線ストランド（１２ａ，１２ｂ）の位置に対して相対的な、前記スロット（８）の巻線ストランド（１４ａ，１４ｂ）の位置オフセット（ａ）、および前記スロット巻線（５）の駆動制御は、選択された比にしたがって適応化可能である、
請求項１記載の電気機械（１）。
【請求項３】
前記１次部（２）は、ステータ（２ａ）であり、
前記２次部（３）は、ロータ（３ａ）として構成されており、
回転軸線としての軸線（１５）が設けられており、
前記２次部（３）は、前記軸線（１５）に対して平行に前記１次部（２）上に配置されている、
請求項１または２記載の電気機械（１）。
【請求項４】
前記１次部は、固定子（２ｂ）であり、
前記２次部は、回転子（３ｂ）として構成されており、
推進軸線としての軸線（１６）が設けられており、
前記２次部（３）は、前記１次部（２ｂ）に対して平行に、かつ双方とも前記軸線（１６）に対して垂直に配置されている、
請求項１または２記載の電気機械（１）。
【請求項５】
前記２次部（３）は、前記１次部（２）の内部にインナロータとして、または前記１次部（２）の外部にアウタロータとして、配置されている、
請求項４記載の電気機械（１）。
【請求項６】
各磁極（９）は、永久励磁されているかまたは外部励磁可能である、
請求項１から５までのいずれか１項記載の電気機械（１）。
【請求項７】
電気機械（１）は、直流機として構成されており、
前記エアギャップ巻線（４）と前記スロット巻線（５）とをパルス化直流電圧によって同時に駆動制御可能である、
請求項１から６までのいずれか１項記載の電気機械（１）。
【請求項８】
電気機械（１）交流機として構成されており、
前記エアギャップ巻線（４）と前記スロット巻線（５）とを交流電圧によって駆動制御可能であり、それぞれ供給される交流電圧は相互に位相シフトを有する、
請求項１から７までのいずれか１項記載の電気機械（１）。
【請求項９】
２つの前記巻線の一方（４または５）は、直流電流モードで駆動制御され、
２つの前記巻線の他方（４または５）は、交流電流モードで駆動制御される、
請求項１から８までのいずれか１項記載の電気機械（１）。
【請求項１０】
前記１次部（２）は、スロットの形成された中実円筒として、またはスロットの形成された中空円筒として構成されている、
請求項１から９までのいずれか１項記載の電気機械（１）。
【請求項１１】
前記１次部（２）は、スロットの形成された少なくとも１つの円筒セグメントまたは中空円筒セグメントを有し、
前記２次部（３）は、中空円筒または中空円筒セグメントとして構成されている、
請求項１から１０までのいずれか１項記載の電気機械（１）。
【請求項１２】
前記エアギャップ巻線（４）の電気接続エレメント（１２ｃ，１２ｄ）と前記スロット巻線（５）の電気接続エレメント（１４ｃ，１４ｄ）とは、好ましくはメアンダ状に、交互に配置されるよう、前記巻線ストランド（１２ａ，１２ｂ；１４ａ，１４ｂ）に接続されている、
請求項１から１１までのいずれか１項記載の電気機械（１）。
【請求項１３】
前記エアギャップ巻線（４）の電気接続エレメント（１２ｃ，１２ｄ）と前記スロット巻線（５）の電気接続エレメント（１４ｃ，１４ｄ）とは、空間的に前記巻線ストランドの平面内に配置されるかまたは前記運動方向の平面に対して任意の角度で配置されるように、前記巻線ストランド（１２ａ，１２ｂ；１４ａ，１４ｂ）に接続されている、
請求項１から１２までのいずれか１項記載の電気機械（１）。
【請求項１４】
前記エアギャップ巻線（４）の巻線ストランド（１２ａ，１２ｂ）と前記スロット巻線（５）の巻線ストランド（１４ａ，１４ｂ）とは、一体型にまたは複数部分から形成されており、長方形、正方形、円形または円環セグメントとして形成された断面を有する、
請求項１から１３までのいずれか１項記載の電気機械（１）。
【請求項１５】
前記エアギャップ巻線（４）の巻線ストランド（１２ａ，１２ｂ）と前記スロット巻線（５）の巻線ストランド（１４ａ，１４ｂ）とは、回転軸線（１５）に対して平行に、かつ／または推進軸線（１６）に対して垂直に配向されており、かつ／または電気接続エレメント（１２ｃ，１２ｄ，１４ｃ，１４ｄ）を介して前記１次部（２）に固定されている、かつ／または電気接続エレメント（１２ｃ，１２ｄ，１４ｃ，１４ｄ）とともに一体型に形成されている、
請求項１から１４までのいずれか１項記載の電気機械（１）。
【請求項１６】
前記スロット巻線（５）は、１より大きいターン数で構成されている、
請求項１から１５までのいずれか１項記載の電気機械（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１次部と、２次部と、１次部と２次部との間のエアギャップと、少なくとも２つの相を含みかつ１次部の鉄心上に直接に配置された、エアギャップ内のエアギャップ巻線と、２次部の鉄心上に交互に配置された複数の磁極と、それぞれ磁極対と２次部の鉄心と磁極対の２つの磁石間のエアギャップを２回と１次部の鉄心とを経て形成される、局所的な磁気回路と、を含み、エアギャップ巻線は、各磁極と各相にと対応する、エアギャップ内のそれぞれ１つの巻線ストランドが、特にエアギャップ内の磁束密度に対して垂直にかつ運動方向に対して垂直に位置するよう、磁極に向かって配置されており、エアギャップ内のエアギャップ巻線の相の、相互に平行に延在して直接に隣接する巻線ストランドは、両側に交互に配置されたオーバハングにより接続されてそれぞれ１つの導体を形成している、電気機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば電気モータの形態の電気機械は多様なものが知られており、多くの適用領域で享受され、その利用がますます増大している。この種の電気機械につき、一連の提案が既に考察されている。
【０００３】
西独国特許出願公開第５８０１１号明細書（ＤＥ５８０１１Ａ）において既に、電気機械用の電機子装置が記載されている。電機子と称されているロータはスロットを有する。ここでは、幾つかの巻線ストランドがスロット内に配置されているが、他の巻線ストランドはここにいう電機子の表面上方に配置されている。これにより、巻線のためのいっそう大きな巻線空間が形成されている。
【０００４】
さらに、例えば独国特許発明第３４３３６９５号明細書（ＤＥ３４３３６９５Ｃ２）には、ステータおよびロータを備えた電気モータが開示されている。１次部としてのステータは、２つの相を有する巻線を有している。２次部としてのロータには、交互に配置された磁極が設けられている。
【０００５】
特に有効かつ有利なものとして、独国特許出願公開第１０２０１１１１１３５２号明細書（ＤＥ１０２０１１１１１３５２Ｂ４）に記載された電気モータが形成される。当該電気モータは、ステータとして構成された１次部を含み、この１次部は少なくとも２つの相を有する巻線装置を含む。２次部は、自身の上部に交互に配置された偶数個の磁極を有する。巻線装置は、１次部と２次部との間のエアギャップに配置されている。巻線装置は、少なくとも２つの巻線ストランドと少なくとも１つの電気接続エレメントとを有する。巻線ストランドは、電気接続エレメントにより１次部上に固定されている。
【０００６】
通電されているそれぞれの相に対して、エアギャップ内の磁界が作用し、ローレンツ力が生じる。
【０００７】
エアギャップ内でステータ上に直接に固定されて設けられている、特にはメアンダ状の巻線により、一連の利点が得られる。
【０００８】
にもかかわらず、この種の電気機械のさらなる付加的な改善を提案することが所望されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、冒頭に言及した形式の電気機械に比べてさらなる可能性を有する電気機械を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この課題は、上述した形式の電気機械における本発明により、第１の鉄心を含む１次部と、第２の鉄心を含む２次部と、１次部と２次部との間のエアギャップと、少なくとも２つの相を含みかつ１次部の第１の鉄心上に直接に配置された、エアギャップ内のエアギャップ巻線と、２次部の第２の鉄心上に交互に配置された複数の磁極と、それぞれ磁極対と２次部の鉄心と磁極対の２つの磁石間のエアギャップを２回と１次部の鉄心とを経て形成される、それぞれ１つの局所的な磁気回路と、を含み、エアギャップ巻線は、各磁極と各相とに対応する、エアギャップ内のそれぞれ１つの巻線ストランドが、特にエアギャップ内の磁束密度に対して垂直にかつ２次部の運動方向に対して垂直に位置するよう、磁極に向かって配置されており、エアギャップ内のエアギャップ巻線の相の、相互に平行に延在して直接に隣接する巻線ストランドは、両側に交互に配置されたオーバハングにより接続されてそれぞれ１つの導体を形成しており、１次部に付加的にスロット巻線が設けられており、スロット巻線は、少なくとも２つの相を含みかつ１次部の鉄心のスロット内に配置されており、スロット巻線は、各磁極に対するスロット巻線と各相とに対応するそれぞれ１つの巻線ストランドが、スロット内の、同じ磁極に割り当てられたエアギャップ巻線の巻線ストランドに対して平行に位置するように、磁極に向かって配置されており、１つのスロットのスロット巻線の相の、相互に平行に延在して直接に隣接する巻線ストランドは、両側に交互に配置されたオーバハングにより接続されてそれぞれ１つの導体を形成しており、エアギャップ巻線の第１の相の巻線ストランドおよびスロット巻線の第１の相の巻線ストランドは、相数によって定められる位置オフセットを相互に有しており、エアギャップ巻線およびスロット巻線は、磁極の位置に交番的に同期される駆動制御により駆動制御可能である、電気機械を提供することにより解決される。
【００１１】
こうしたコンセプトは、第１に、本発明におけるメアンダ状のエアギャップ巻線のみを含む電気機械のコンセプトを行う場合に既に得られる有利な特性の全てを有する。
【００１２】
鉄心とは、種々の幾何学形状および配置構成を有する高透磁性材料から成り、磁束線の帰還結合に用いられる装置をいうものと理解されたい。この場合、鉄心は、必ずしも中実の鉄ボディとして構成されなくてよい。１次部では、鉄心は、渦電流を低減するために、通常はラミネーションによって構成されている。電気機械の重量を低減するため、鉄心は、例えば、プラスチックに埋め込まれた鉄粉末を含む装置であってもよい。
【００１３】
つまり、全ての磁極は同時に力の形成またはトルクの形成に利用可能であり、これにより大きなトルクが得られる。
【００１４】
構造体内部で磁束をガイドするために、比較的僅かな鉄しか必要なく、これによりきわめて軽量な電気機械の構造を利用可能である。
【００１５】
メアンダ状のエアギャップ巻線のターン数１により、さらに、比較的僅かな銅しか必要なく、これによりコストが低減され、さらに軽量の構造が得られる。
【００１６】
エアギャップ巻線がステータ上に直接に載置されるので、これをエアギャップ巻線の最良の冷却のために利用することができる。また、これにより、きわめて大きな力またはトルクを伝達させることができる。
【００１７】
これに対して、力およびトルクを形成する部分に必要な構造スペースは大幅に小さくなり、これによりきわめてコンパクトな電気機械を得ることができる。
【００１８】
また、本発明の構造により、電気機械の大幅に単純な幾何学形状の構造も可能となる。これにより、製造コストを著しく低減できる。
【００１９】
磁界の薄弱部に感応しうる領域が発生しないので、電気機械を高い回転数においても効率的に使用することができる。
【００２０】
ついで、本発明の付加的な措置により、メアンダ状のエアギャップ巻線への補完として、１次部内、好ましくはすなわちステータ内に組み込まれる第２の巻線が設けられる。１次部またはステータには、この場合、スロット巻線の収容に用いられるスロットを形成可能である。これにより、電力密度およびトルク密度をいっそう高めることができる。
【００２１】
当該スロット巻線は、特に有効な形状で付加的な力およびトルクを形成するため、既に形成されている磁気回路を利用する。この場合、スロット巻線の配置および通電は、スロット巻線の最大力効率のもとでエアギャップ巻線の作用にできるだけ影響がないように選定される。このようにすれば、力およびトルクを、唯一のエアギャップ巻線しか備えない構造に比べて、最初の試行において既に示されている通り、６０％から８０％も増大することができる。
【００２２】
また、電気機械の軽量構造のポテンシャルをきわめて有効に利用可能である。スロット巻線を備えないコンセプトに比べて、スロット巻線自体の重量しか追加されず、電気機械側でのさらなるアセンブリも必要ない。スロット巻線は、好ましくはターン数１で構成可能であるので、きわめて僅かな銅のみで足りる。ただし、幾つかの実施形態において、１を上回るターン数が設定されていてもよい。
【００２３】
全体として、本発明により、２つの異なる構造の巻線の電磁変換に用いられる磁気回路を有する電気機械が得られる。一方は、ステータ‐ヨークの表面に配置されるメアンダ状のエアギャップ巻線であり、他方は、ステータ‐ヨークに形成されたスロット内に配置されるスロット巻線である。２つの巻線は共通に接続され、協働して全力または全トルクを変換する。この場合、２つの電気機械的変換方式が考慮される。エアギャップ巻線については、磁界中の、通電されている電気導体に対する一般的なローレンツの力の法則が該当し、スロット巻線については、固定子内もしくはステータ内に形成されている電磁石と回転子内もしくはロータ内で永久励磁されているかもしくは外部励磁される磁極との間の磁力が該当する。
【００２４】
本発明による電気機械は、きわめてコンパクトかつ軽量であり、効率的かつ動特性に優れ、また特にきわめてトルクが大きい。
【００２５】
唯一のエアギャップ巻線しか備えないコンセプトに対する修正により、製造コストはきわめて僅かしか上昇せず、よってあらゆるケースにおいて妥当かつ有効である。トルクが著しく増大し、同時に、重量の増分がきわめて僅かでありながら出力が著しく増大するという観点において、当該製造コストはあらゆるケースにおいて妥当である。
【００２６】
また、当該修正によっても、引き続ききわめて単純な幾何学形状およびコンパクトな構造が得られることも利点である。
【００２７】
こうした特性に基づいて、本発明による電気機械は特に、こうした特性が特別に重要となる全ての適用分野において利用可能である。
【００２８】
これには、とりわけ移動駆動システム、例えば電気自動車、特に一般的には、電気商用車、電動自転車、電動スクータ、電動ボート、電動船または電動飛行機が属する。こうしたあらゆる適用ケースにおいて軽量の電気機械が有利であり、制限されたスペースしか利用できないため、コンパクトな構造が特に望ましい。にもかかわらず、こうしたシステムにおいて使用されるべき電気機械は、効率的で動特性に優れていなければならない。
【００２９】
さらに、本発明による電気機械はきわめて良好にスケーリング可能である。このため、適応化可能な寸法で、より広い出力領域をカバーすることができる。
【００３０】
また就中、いずれにせよ一般に既に使用されている冷却システムにより、この場合付加的な装置コストをかけることなく、スロット巻線の冷却も行えるという利点も得られる。
【００３１】
２種の巻線を使用することの特徴的な利点は、動作中に有利な組み合わせが可能となることである。ここで、このことはとりわけ、エアギャップ巻線がきわめて僅かな磁界の薄弱部しか生じないのに対して、スロット巻線が磁界の薄弱部を生じさせうることに基づく。この場合、組み合わせにより、所望に応じて、例えば最大トルクまたは最大効率に関する最適化を行うことができる。
【００３２】
１次部のスロット巻線のスロット数と２次部の磁極数とが１より大きいかもしくは１より小さいかもしくは１に等しい任意の比で構成され、エアギャップ内の巻線ストランドの位置に対して相対的なスロット内の巻線ストランドの位置オフセットとスロット巻線の駆動制御とが選定された比にしたがって適応化可能であるように構成されると、有利である。こうしたコンセプトにより、本発明による電気機械をさらに良好に種々の要求に適応化可能である。
【００３３】
本発明の電気機械を実用のために適用する手段は、１次部がステータであり、２次部がロータとして構成されており、回転軸線として構成された軸線が設けられており、当該軸線に対して平行に２次部が１次部上に配置されていることにより得られる。
【００３４】
１次部が固定子であり、２次部が回転子として構成されており、推進軸線として構成された軸線が設けられており、２次部が１次部に対して平行に、かつ双方ともここでの軸線に対して垂直に配置されている場合、実用の用途のための別の手段が得られる。
【００３５】
この場合、２次部が１次部内にインナロータとして配置されるかまたは１次部外にアウタロータとして配置される構成が可能である。
【００３６】
磁極は、永久励磁されていてもよいし、または外部励磁可能であってよい。各適用手段は、本発明の電気機械が直流電気機械として構成され、エアギャップ巻線およびスロット巻線がパルス化直流電圧または電気的なパルス化直流電圧によって同時に駆動制御可能であることによっても得られる。
【００３７】
別の手段は、交流電気機械として構成され、エアギャップ巻線とスロット巻線とを交流電圧または電気的な交流電圧によって駆動制御可能であり、それぞれ供給される交流電圧が相互に位相シフトを有することを特徴とする。
【００３８】
もちろん、２つの巻線の一方が直流電流モードで駆動制御され、２つの巻線の他方が交流電流モードで駆動制御されるように、電気機械を構成することもできる。
【００３９】
１次部が、スロットの形成された中実円筒として、またはスロットの形成された中空円筒として構成される場合、特に実用的な利点が得られる。この場合、１次部は、個別の幾何学形状を有してよい２つの巻線を含むことができる。
【００４０】
またこれに代えて、１次部がスロットの形成された少なくとも１つの円筒セグメントまたは中空円筒セグメントを有するようにし、２次部を中空円筒または中空円筒セグメントとして構成することもできる。
【００４１】
本発明の特に好ましい実施形態では、エアギャップ巻線の電気接続エレメントとスロット巻線の電気接続エレメントとは、交互に配置されるよう、好ましくはメアンダ状に、巻線ストランドに接続される。メアンダ形状は、特に信頼性高くかつ効率的であり、また実用的に製造できると判明している。
【００４２】
さらに、エアギャップ巻線の電気接続エレメントとスロット巻線の電気接続エレメントとは、空間的に巻線ストランドの平面内に配置されるかまたは運動方向の平面に対して任意の角度で配置されるように、巻線ストランドに接続することもできる。
【００４３】
エアギャップ巻線の巻線ストランドおよび／またはスロット巻線の巻線ストランドを、一体型にまたは複数部分から形成し、各巻線ストランドが、長方形、正方形、円形または円環セグメントとして形成された断面を有するように構成してもよい。
【００４４】
また、エアギャップ巻線の巻線ストランドおよびスロット巻線の巻線ストランドの配置および配向状態についても、種々の手段が存在する。
【００４５】
各巻線ストランドは、この場合、回転軸線に対して平行に、かつ／または推進軸線に対して垂直に配向可能である。各巻線ストランドを、電気接続エレメントを介して１次部に固定することもできるし、かつ／または電気接続エレメントとともに一体型に形成することもできる。
【００４６】
また、エアギャップ巻線および／またはスロット巻線自体を、１次部とともに一体型に形成することもできる。
【００４７】
本発明の別の実施形態では、１を上回るターン数を有するスロット巻線が構成される。
【００４８】
本発明の別の特徴および有利な思想は、各従属請求項および以下の図の説明に示されている。
【００４９】
以下に、本発明の幾つかの実施例を図に即して詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の電気機械の第１の実施形態を示す概略的な断面図である。
【図２】本発明の電気機械の第２の実施形態を示す概略的な断面図である。
【図３】図１または図２の実施形態のスロットの領域の断面を拡大して示す詳細図である。
【図４】スロットの領域の位置オフセットに関して、図１または図２の実施形態を拡大して示す詳細図である。
【図５】図１または図２の実施形態におけるエアギャップ巻線の特性を示す概略図である。
【図６】図１または図２の実施形態におけるスロット巻線を示す概略図である。
【図７】ここでのインナロータとしての構成を含む、本発明の電気機械の別の実施形態を示す概略的な断面図である。
【図８】ここでのアウタロータとしての構成を含む、本発明の電気機械の別の実施形態を示す概略的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
図１には、本発明の電気機械１の第１の実施形態の構造が概略的に示されている。電気機械１は、１次部２ｂおよび２次部３ｂを有する。１次部２ｂおよび２次部３ｂは、エアギャップ６によって相互に分離されている。
【００５２】
さらに、エアギャップ巻線４およびスロット巻線５が設けられている。図示の実施形態は、線形の配置のために組み合わされたスロット巻線５およびエアギャップ巻線４である。１次部２ｂは、ヨークとしての鉄心７とスロット巻線５とエアギャップ巻線４とを有する。電気機械１、すなわちここでは電気リニアモータの鉄心７またはヨークは、スロットの形成された固定子である。したがって、鉄心７はスロット８を有する。鉄心７またはヨークのスロット８には、例として、２相５ａ，５ｂのスロット巻線が組み込まれている／挿入されている。鉄心７またはヨークの、スロットの形成された表面には、例として、２相４ａ，４ｂのエアギャップ巻線が設けられている。
【００５３】
電気機械１またはリニアモータの２次部３ｂは、回転子である。当該回転子は、鉄心１０またはヨークと、永久励磁されている磁極９と、を有する。磁極９は、鉄心１０またはヨークの表面に、分極が交互に位置するように配置されている。この実施形態では永久励磁されている磁極９の分極は、Ｎ極を表すＮとＳ極を表すＳとによって定められている。２次部３ｂは、軸線、ここでは推進軸線１６に沿って、その位置を変化させることができる。
【００５４】
図２には、本発明の電気機械１の一実施形態が拡大図で概略的に示されている。ここでは、スロット巻線５の２つの相５ａ，５ｂとエアギャップ巻線４の２つの相４ａ，４ｂが相互に組み合わされている。
【００５５】
ここでは、見取りやすくするために、磁気回路１１が強調表示されている。当該磁気回路１１は、ヨークまたは鉄心７と、エアギャップ巻線４の２つの相４ａ，４ｂと、エアギャップ６内に存在する、磁気的に作用する第１のエアギャップ６ａおよび磁気的に作用する第２のエアギャップ６ｂと、磁極９ａ，９ｂと、２次部３ｂのヨークまたは鉄心１０と、を経て延在する。なお、エアギャップ６は、磁気回路１１によって２回横断される。
【００５６】
エアギャップ６内の磁束密度の配向状態が、２つのセクション１１ａ，１１ｂを通る磁気回路１１に対して示されている。
【００５７】
図２にはさらに、１次部２の鉄心７またはヨークにスロットが形成されている実施形態が示されている。このようにして形成されるスロット８には、例として、２つの相５ａ，５ｂを有するスロット巻線５が組み込まれているかまたは挿入されている。１次部２のヨークまたは鉄心７の、スロットの形成された表面には、例として、同様に２つの相４ａ，４ｂを有するエアギャップ巻線４が設けられている。
【００５８】
２次部３は、ヨークまたは鉄心１０と、この実施形態では永久励磁されている２つの磁極９ａ，９ｂと、によって示されている。磁極９ａ，９ｂは、鉄心１０の表面に分極が交互に位置するように配置されている。永久励磁されている磁極９の分極は、Ｎ極を表すＮとＳ極を表すＳとによって定められる。２次部３は、運動方向１３に沿ってその位置を変化させる。
【００５９】
図３には、例えば図１または図２の実施形態に対応する電気機械１の一部が拡大形式の詳細図で概略的に示されている。当該詳細図は、特には、１次部２ｂの鉄心７またはヨークのスロット８を示している。ここに具体的に示されているスロット８の幾何学形状は、多数の可能な実施形態の１つに過ぎない。さらに、図３には、エアギャップ巻線４の相４ａの１つの巻線ストランドが示されている。２次部３ｂの磁極９と１次部２ｂとの間には、エアギャップ６を良好に見取ることができる。
【００６０】
図４には、拡大形式での別の詳細図として、スロット８内のスロット巻線５の相５ａとエアギャップ巻線４の相４ａとの間の位置オフセットａが示されており、ここでの図示は、上述の場合と同様に、図１または図２の実施形態に関連していてよい。さらに、図４には、電気機械１の１次部２および２次部３が示されている。１次部２には、鉄心７またはヨークと、スロット８と、スロット巻線５の相５ａの巻線ストランドと、エアギャップ巻線４の相４ａの巻線ストランドと、が示されている。２次部３には、鉄心１０またはヨークと磁極９ａとが示されている。この場合も、１次部２と２次部３との間にはエアギャップ６が見て取れる。
【００６１】
図５には、１次部２上のエアギャップ巻線４の特性が概略的に示されている。エアギャップ巻線４は、巻線ストランド１２ａ，１２ｂと交互に配置されたオーバハング１２ｃ，１２ｄとから成る。幅ｂは磁極９の幅を表している。オーバハング１２ｃ，１２ｄは、エアギャップ６外に位置し、エアギャップ６内に配置されたエアギャップ巻線４の巻線ストランド１２ａ，１２ｂに交互に接続される。
【００６２】
図６には、１次部２のスロット巻線５の特性が概略的に示されている。スロット巻線５は、巻線ストランド１４ａ，１４ｂと交互に配置されたオーバハング１４ｃ，１４ｄとから成る。幅ｂは、上述の場合と同様に磁極９の幅を表している。オーバハング１４ｃ，１４ｄは、１次部２のスロット８内に配置されたスロット巻線５の巻線ストランド１４ａ，１４ｂに交互に接続される。
【００６３】
図７には、本発明の電気機械１の別の実施形態の構造が概略的に示されている。電気機械１は、１次部２ｂおよび２次部３ｂを有する。１次部２ｂおよび２次部３ｂは、エアギャップ６により相互に分離されている。
【００６４】
さらに、エアギャップ巻線４およびスロット巻線５が設けられている。図示の実施形態は、電気回転機のために組み合わされたスロット巻線５およびエアギャップ巻線４である。１次部２ａは、ヨークとしての鉄心７と、スロット巻線５と、エアギャップ巻線４と、を有する。電気機械１、すなわちここでは電気回転機の鉄心７またはヨークは、スロットの形成されたステータである。したがって鉄心７はスロット８を有する。鉄心７またはヨークのスロット８には、例として、２相５ａ，５ｂのスロット巻線が組み込まれている／挿入されている。鉄心７またはヨークの、スロットの形成された表面には、例として、２相４ａ，４ｂのエアギャップ巻線が設けられている。
【００６５】
電気機械１または回転機の２次部３ａはロータである。当該ロータは、鉄心１０またはヨークと、永久励磁されている磁極９と、を有する。磁極９は、鉄心１０またはヨークの表面上に分極が交互に位置するように配置されている。この実施形態では永久励磁されている磁極９の分極は、Ｎ極を表すＮとＳ極を表すＳとによって定められている。２次部３ｂは、ロータとして、軸線、ここでは回転軸線１５を中心として回転可能である。この場合、図７には、インナロータとしての実施形態が示されている。
【００６６】
図８には、電気機械１の第４の実施形態が示されている。当該実施形態は、図示されている多くの要素において、図７の実施形態に相応する。図８の実施形態は、相互にアウタロータを形成する１次部２ａとしてのステータと２次部３ａとしてのロータとを備えた電気回転機が示されている点で、図７の実施形態と異なる。
【符号の説明】
【００６７】
１  電気機械
２  １次部
２ａ  ステータ
２ｂ  固定子
３  ２次部
３ａ  ロータ
３ｂ  回転子
４  エアギャップ巻線
４ａ，４ｂ  エアギャップ巻線の相
５  スロット巻線
５ａ，５ｂ  スロット巻線の相
６  エアギャップ
６ａ，６ｂ  磁気回路のエアギャップ
７  １次部２の鉄心
８  スロット
９  磁極
９ａ，９ｂ  磁極対
１０  ２次部３の鉄心
１１  磁気回路
１１ａ，１１ｂ  エアギャップでの磁束密度
１２ａ，１２ｂ  エアギャップ巻線の巻線ストランド
１２ｃ，１２ｄ  エアギャップ巻線の交互に配置されたオーバハング
１３  運動方向
１４ａ，１４ｂ  スロット巻線の巻線ストランド
１４ｃ，１４ｄ  スロット巻線の交互に配置されたオーバハング
１５  回転軸線
１６  推進軸線
ａ  位置オフセット
ｂ  磁極９の幅
Ｎ  Ｎ極
Ｓ  Ｓ極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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